[发明专利]一种多孔炭材料的制备方法及得到的多孔炭材料的用途有效

专利信息
申请号: 201811006983.4 申请日: 2018-08-31
公开(公告)号: CN108947533B 公开(公告)日: 2022-02-15
发明(设计)人: 杨杰;黄岐善 申请(专利权)人: 万华化学集团股份有限公司
主分类号: C04B35/524 分类号: C04B35/524;C04B35/622;C04B38/06;C01B32/05
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 264006 山东省*** 国省代码: 山东;37
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 一种 多孔 材料 制备 方法 得到 用途
【说明书】:

本发明涉及一种多孔炭材料的制备方法,包括以下步骤:(1)混合热塑性聚合物粉末和流动助剂获得粉末原料,3D打印制造部件生坯;(2)将部件生坯置于有保护气氛的热处理炉中,在高温下进行碳化处理,得到多孔炭材料制品。本发明使用3D打印技术烧结热塑性聚合物形成碳前躯体,再进行碳化得到多级多孔结构的多孔炭材料,是一种低成本、通用性、高效的三维多孔炭材料制备方法,制备的多孔炭材料可用于催化剂载体、电池、吸附分离等领域。

技术领域

本发明属于多孔材料制备领域,具体涉及一种多孔炭材料的制备方法及得到的多孔炭材料和用途。

背景技术

多孔炭材料性质稳定,耐酸、碱和高温,在超级电容器、储气、分离吸附和催化剂负载等方面具有广泛的应用。目前开发的大多数多孔炭为单一孔径材料,这种单一孔径对物质的吸附和扩散较为困难,因此限制了材料的广泛应用。具有微孔、中孔和/或大孔分布的多级多孔炭可以综合不同孔径多孔炭材料的特点,在扩散、传质等方面展示出了优于单一孔结构材料的优点。

目前报道的多孔炭制备方法大都需要先制备碳前驱体材料,再通过热处理和后处理得到多孔结构。碳前驱体聚合物主要有酚醛树脂、聚丙烯腈和交联聚苯乙烯等,它们的成碳率虽都较高,但仅经碳化处理得到的炭材料基本没有孔隙结构。聚氯乙烯、聚偏氯乙烯等聚合物在热分解过程中易发生Diels-Alder加成反应而生成高度交联的网络结构,进一步脱除HCl后可以生成单一微孔炭结构。除了聚合物自身成孔(例如微相分离、小分子分解),还可以利用几何结构成孔,例如Zhang Xiaoran等(Zhang,X.and G.J.Blanchard,PolymerSol–Gel Composite Inverse Opal Structures.ACS Applied MaterialsInterfaces,2015,7 (11):6054-6061)利用聚苯乙烯粒子的有序堆积,结合Sol-gel构建了一种有序多级多孔材料。

3D打印是一种以数字模型文件为基础,运用金属或塑料等材料,通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术,现正逐渐用于一些产品的直接制造,特别是一些复杂结构制造。目前主要的3D打印技术有粉末床熔融烧结(PBF)、立体光固化(SLA)、熔融沉积成型(FDM)等。PBF是目前应用最为广泛的快速成型技术,其使用激光束或者其他热源,有选择性地熔融粉末床中的粉末材料 (可以是金属、聚合物),从而逐层固化堆积出三维部件。当第一层的粉末被选择性地烧结完毕后,第二层粉末再被装填铺层上来进行有选择性的烧结。重复这一过程直到整个部件完全成形。PBF要求聚合物粉体具有微细的颗粒、严格的粒度分布、特殊的颗粒形状。制备聚合物粉末的方法主要有低温机械粉碎法和溶剂沉淀法。

现有使用3D打印来制备多孔材料的方法大都直接打印出多孔结构。CN 107394212A公开了一种三维多孔电极、其制备方法及应用,方法包括:1)采用三维造型软件设计多孔的三维基底结构,导入3D打印机进行光固化3D打印,获得多孔三维基底材料;2)进行无电沉积或碳化处理,得到三维多孔电极。该专利使用光固化3D打印方法,材质为光敏树脂,碳化处理后光敏树脂碳化,转化为炭材料,从而得到三维多孔炭电极。

CN104387105 B报道了一种3D打印结合反应烧结制备多孔氧化铝陶瓷材料的方法,所述方法包括:1)将铝粉或铝合金粉添加到三维打印机的送料箱中,通过三维打印机打印出多孔素坯;2)将多孔素坯依次经过固化、脱粘、氧化、烧结工序,得到所述多孔氧化铝陶瓷材料,其使用了金属粉末来制备无机多孔材料。

CN104476653 A报道了一种多孔铌制件的3D打印制造方法,通过氧化铌粉末的选择性激光烧结,成形出复杂形状氧化物制件;然后将其作为阴极进行熔盐电解脱氧,使氧化铌制件还原为铌制件,同时保留原有形状,从而获得复杂形状多孔铌制件。该专利使用的氧化物粉末打印后需经过还原化学反应才能制的多孔结构,但不能形成多级多孔结构。

因此,开发一种低成本、通用性、高效的多级多孔炭材料制备方法,对进一步提高多孔炭材料的下游应用具有重要意义。

发明内容

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于万华化学集团股份有限公司,未经万华化学集团股份有限公司许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201811006983.4/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top